CN110282039B - 一种海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的传动装置，包括密封壳、主动轮和从动轮；从动轮可转动的装在密封壳外部，主动轮装在密封壳内能自由转动；主动轮端面上和从动轮端壁的内壁面上设有相对设置且极性相反的磁体，主动轮的外周面上和从动轮环壁的内壁面上设有相对设置且极性相反的磁体，主动轮转动时通过磁力可以驱动从动轮转动，从动轮通过其上的轮齿驱动海底电缆巡检用水下机器人的履带运转，从而实现履带底盘运动。该传动装置利用磁场力进行动力传递，避免了现有技术中履带驱动轮通过机械连接的方式进行动力传递、需要采用动密封技术对水下履带底盘传动部分进行密封而带来的动密封结构复杂和密封效果差的缺陷。

Description

一种海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的传动装置

技术领域

本发明涉及到一种海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的动力传动装置，特别是涉及到一种利用磁耦合技术实现水下动能传递的传动装置。

背景技术

海底电缆巡检用水下机器人在作业过程中，需要借助于履带装置在海底行走或工作。现有的水下履带装置，一般是将动力源（液压马达、电动机等）放置在密封的壳体内，通过传动轴带动密封壳体外的履带驱动轮，最终实现水下机器人的水下行走。为了提高履带底盘运行的安全性和可靠性，对传动轴的密封技术提出了很高的技术要求。目前多是采用动密封技术，实现对水下履带底盘传动部分的密封，但是动密封结构较为复杂，密封效果较差，需要经常维护。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种在实现动能传递的同时可有效提高密封性能的传动装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有如下结构的海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的传动装置，其结构特点在于：包括密封壳、主动轮和从动轮，所述密封壳包括呈圆柱状的壳体，壳体的左端面上设有左支撑轴、右端面上设有右支撑轴；所述从动轮包括中空的从动轮体，从动轮体的外周面上设有轮齿，从动轮体的左端壁上设有左连接孔、右端壁上设有右连接孔；所述壳体位于从动轮体内，从动轮体通过左连接孔与左支撑轴的配合以及右连接孔与右支撑轴的配合转动连接在密封壳上，右支撑轴穿出右连接孔，右支撑轴内设有与壳体内腔连通的穿装孔；所述主动轮位于壳体内且主动轮的外表面与壳体之间均设有间隙，所述主动轮包括主动轮体，主动轮体上设有轴向设置的装配孔；主动轮体的外周面上连接有间隔环布的多块主动轮周面磁体，主动轮体的左端面上连接有间隔环布的多块主动轮左端磁体，主动轮体的右端面上连接有间隔环布的多块主动轮右端磁体；所述从动轮体内腔壁左端面和右端面上分别连接有从动轮左端磁体和从动轮右端磁体，从动轮体内腔壁的环面上连接有从动轮环面磁体；所述从动轮环面磁体与所述主动轮周面磁体极性相反的一一相对设置，所述从动轮左端磁体与所述主动轮左端磁体极性相反的一一相对设置，所述从动轮右端磁体与所述主动轮右端磁体极性相反的一一相对设置；所述从动轮体的内壁面上以及左连接孔和右连接孔的孔壁上均设有耐磨材料层，耐磨材料层的内表面上设有始端始于左连接孔的外端面、止端止于右连接孔外端面的水道。

所述主动轮周面磁体的磁场轴线沿主动轮径向设置，所述主动轮左端磁体和主动轮右端磁体的磁场轴线沿主动轮轴向设置；所述主动轮左端磁体、主动轮右端磁体和主动轮周面磁体的数量相同且均为偶数。

所述主动轮周面磁体按一块主动轮周面磁体的N极径向朝内、相邻的另一块主动轮周面磁体的S极径向朝外的方式交替设置；所述主动轮左端磁体按一块主动轮左端磁体的N极轴向朝内、相邻的另一块主动轮左端磁体的S极轴向朝外的方式交替设置；所述主动轮右端磁体按一块主动轮右端磁体的N极轴向朝内、相邻的另一块主动轮右端磁体的S极轴向朝外的方式交替设置。

所述主动轮左端磁体和主动轮右端磁体位置一一对应的相对设置，相对设置的一块主动轮左端磁体和一块主动轮右端磁体构成磁体对，构成磁体对的主动轮左端磁体和主动轮右端磁体之间设有一块主动轮周面磁体，构成磁体对的主动轮左端磁体和主动轮右端磁体以及位于二者之间的一块主动轮周面磁体构成一磁体组，从而可使主动轮体上环布有多组磁体组。

所述磁体组中，主动轮左端磁体和主动轮右端磁体的磁场轴线和主动轮周面磁体的磁场轴线位于同一平面内。

所述磁体组中，主动轮左端磁体和主动轮右端磁体的磁场轴线和主动轮周面磁体的磁场轴线不位于同一平面内。

所述从动轮体为能固连为一体的两体结构，包括从动轮体主体和端盖，所述左连接孔设在从动轮体主体上，所述右连接孔设在端盖上。

本发明的使用方式如下：将密封壳的右支撑轴与驱动装置进行密封固定连接，让驱动装置的驱动轴穿过右支撑轴内的穿装孔后进入主动轮的装配孔内，主动轮通过装配孔固装在驱动轴上，驱动装置通过驱动轴驱动主动轮转动，从动轮在磁力的作用下跟随主动轮一起旋转，从动轮上的轮齿与海底电缆巡检用水下机器人的履带啮合，所以从动轮的转动会带动履带运转，最终实现履带底盘的水下运动。主动轮转动过程中，主动轮的任意部位都不与密封壳发生接触，即主动轮与密封壳之间不会产生摩擦。

本发明的主动轮与从动轮之间没有机械连接关系，转动的主动轮通过磁力作用驱动从动轮转动，避免了现有技术中履带驱动轮通过机械连接的方式进行动力传递需要采用动密封技术对水下履带底盘传动部分进行密封而带来的动密封结构复杂和密封效果差的缺陷。另外，本发明通过水道的设置可以实现从动轮与密封壳之间形成水润滑，进而减小摩擦力，并将产生的热量带走，确保从动轮的正常、安全、可靠地运行。再者，主动轮和从动轮之间通过磁场相互作用，共产生了侧面转矩、左端转矩和右端转矩三个转矩，这三个转矩共同驱动从动轮转动，有效提高了传动装置的功率密度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是密封壳的结构示意图；

图3是图2的右视图；

图4是图2的左视图；

图5是从动轮体主体的结构示意图；

图6是沿图5中A-A线的剖视图；

图7是图5的左视图；

图8是端盖的结构示意图；

图9是图8的左视图；

图10是图8的右视图；

图11主动轮的结构示意图；

图12是图11的左视图；

图13是图11的右视图；

图14是本发明与驱动装置连接的结构示意图。

具体实施方式

本发明所提供的海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的传动装置，包括密封壳、从动轮和主动轮。

参照图1和图2-4；所述密封壳包括呈圆柱状的壳体10，壳体10的左端面上设有左支撑轴11、右端面上设有右支撑轴12；壳体10、左支撑轴11和右支撑轴12同轴设置，右支撑轴12内设有轴向的贯通孔即穿装孔13，穿装孔13的内端与壳体10内腔连通。

参照图1和图5-10，所述从动轮包括中空的从动轮体20，所述从动轮体20为能固连为一体的两体结构，包括从动轮体主体201和端盖202，从动轮体主体201的端壁上设有左连接孔27，端盖202的端壁上设有右连接孔28。从动轮体主体201的外周面上环设有多个轮齿21，轮齿21的数量可根据具体设计要求而定，图中示出了四个轮齿21。所述从动轮体主体201的端壁的内腔壁面上连接有环布设置的多块从动轮左端磁体22，从动轮体主体201的环壁的腔壁面上连接有环布设置的多块从动轮环面磁体24，端盖202的端壁的内壁面上连接有环布设置的多块从动轮右端磁体23。从动轮体主体201的端壁的内腔壁面上、其环壁的内壁面上以及左连接孔的孔壁上均设有耐磨材料层25，上述各部段上的耐磨材料层25连续成一体，耐磨材料层25上设有始端始于左连接孔的外端面、止端止于从动轮体主体201的环壁的外端面的轮体水道261。端盖202的端壁的内壁面上、其环壁的内壁面上以及右连接孔28的孔壁上设有始端始于端盖202的环壁的外端面、止端止于右连接孔28的外端面的端盖水道262。参照图1，端盖202的环壁和从动轮体主体201的环壁相对固接后，轮体水道261和端盖水道262连通，这样在从动轮内壁上可形成始端始于左连接孔的外端面、止端止于右连接孔外端面的水道26。水道26的数量可根据设计要求而定，图中示出轮体水道261和端盖水道262各为四条亦即能形成四条水道26。上述耐磨材料层25可以采用尼龙材料层，也可以采用聚四氟乙烯材料层以及现有常用的其它材料层。从动轮体主体201和端盖202的连接可以采用螺栓进行连接。

参照图1和图10-13，所述主动轮包括主动轮体30，主动轮体30上设有轴向设置的装配孔31，主动轮体30的外周面上连接有间隔环布的多块主动轮周面磁体34，主动轮周面磁体34的磁场轴线沿主动轮径向设置，主动轮体30的左端面上连接有间隔环布的多块主动轮左端磁32，主动轮体30的右端面上连接有间隔环布的多块主动轮右端磁体33，所述主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33的磁场轴线沿主动轮轴向设置。所述主动轮左端磁体32、主动轮右端磁体33和主动轮周面磁体34的数量相同且均为偶数，图中示出的主动轮左端磁体32、主动轮右端磁体33和主动轮周面磁体34的数量均为四块。所述主动轮周面磁体34按一块主动轮周面磁体34的N极径向朝内、相邻的另一块主动轮周面磁体34的S极径向朝外的方式交替设置；所述主动轮左端磁体32按一块主动轮左端磁体32的N极轴向朝内、相邻的另一块主动轮左端磁体32的S极轴向朝外的方式交替设置；所述主动轮右端磁体33按一块主动轮右端磁体33的N极轴向朝内、相邻的另一块主动轮右端磁体33的S极轴向朝外的方式交替设置。所述主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33位置一一对应的相对设置，相对设置的一块主动轮左端磁体32和一块主动轮右端磁体33构成磁体对。同一磁体对中的主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33的极向的最好相同，即：若同一磁体对中的主动轮左端磁体32的N极轴向朝内，则主动轮右端磁体332的N极也轴向朝内；若同一磁体对中的主动轮左端磁体32的S极轴向朝内，则主动轮右端磁体33的S极也轴向朝内。构成磁体对的主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33之间设有一块主动轮周面磁体34，构成磁体对的主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33以及位于二者之间的一块主动轮周面磁体34构成一磁体组，从而可使主动轮体30上环布有多组磁体组。所述磁体组中，主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33的磁场轴线和主动轮周面磁体34的磁场轴线位于同一平面内，即主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33的磁场轴线同轴设置，主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33的磁场轴线与主动轮周面磁体34的磁场轴线在空间上存在交点。当然，所述磁体组中，主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33的磁场轴线和主动轮周面磁体34的磁场轴线不位于同一平面内，即主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33的磁场轴线同轴设置，主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33的磁场轴线与主动轮周面磁体34的磁场轴线在空间上不存在交点，换言之就是主动轮左端磁体32和主动轮右端磁体33的磁场轴线与主动轮周面磁体34的磁场轴线在空间上错开一定角度，该角度可根据具体设计要求并根据现有的电磁场计算方法进行具体计算出，错开一定角度好处在于：可以减小合成转矩的脉动使从动轮的转动更加平稳。

参照图1，通过左连接孔27与左支撑轴11的配合可将从动轮体主体201转动连接在壳体10上，通过右连接孔28与右支撑轴12的配合可将端盖202转动连接在壳体10上，从动轮体主体201和端盖202固接后形成中空的从动轮，壳体10则位于从动轮内腔中，从动轮可绕密封壳转动。右支撑轴12的外端穿出右连接孔28，右支撑轴12穿出段的长度可根据设计要求而定。所述主动轮位于密封壳的，主动轮与密封壳之间要设有间隙，以保证主动轮转动时其任意部位与密封壳不发生摩擦，在此前提下，尽可能减小两者间的气隙尺寸。从动轮上的从动轮左端磁体22数量要与主动轮上的主动轮左端磁体32的数量相同，所述从动轮左端磁体22的位置要与所述主动轮左端磁体32的位置一一相对设置，相对设置的从动轮左端磁体22和主动轮左端磁体32要求极性相反，即从动轮左端磁体22的N极要和主动轮左端磁体32的S极相对，从动轮左端磁体22的S极要和主动轮左端磁体32的N极相对。从动轮上的从动轮右端磁体23数量要与主动轮上的主动轮右端磁体33的数量相同，所述从动轮右端磁体23的位置要与所述主动轮右端磁体33的位置一一相对设置，相对设置的从动轮右端磁体23和主动轮右端磁体33要求极性相反，即从动轮右端磁体23的N极要和主动轮右端磁体33的S极相对, 从动轮右端磁体23的S极要和主动轮右端磁体33的N极相对。从动轮体上的从动轮环面磁体24的数量要和主动轮上的主动轮周面磁体34的数量相同，所述从动轮环面磁体24的位置要与所述主动轮周面磁体34的位置一一相对设置，相对设置的从动轮环面磁体24和主动轮周面磁体34要求极性相反 ，即从动轮环面磁体24的N极要和主动轮周面磁体34的S极相对，从动轮环面磁体24的S极要和主动轮周面磁体34的N极相对。

上述的磁体可以采用粘贴的方式进行安装，也可以采用嵌装的方式进行安装。

参照图14，将传动装置通过右支撑轴与驱动装置进行密封固定连接后（右支撑轴与驱动装置的连接可以采用不可拆卸焊接，最好采用螺接的方式，例如可以在驱动装置固接一法兰，通过螺栓将右支撑轴与法兰进行连接），让与驱动装置的驱动轴40穿过穿装孔13，使驱动轴40装入主动轮的装配孔31内以使主动轮与驱动轴40动力相连在一起。驱动装置可通过驱动轴40带动主动轮转动，由于从动轮环面磁体24和主动轮周面磁体34的磁场相互作用可产生周面转矩、从动轮左端磁体22与主动轮左端磁体32的磁场相互作用可产生左端转矩、从动轮右端磁体23与主动轮右端磁体33的磁场相互作用可产生右端转矩，那么，在上述三个转矩的作用下，从动轮也随转动轮进行转动，从动轮通过其上的轮齿可驱使海底电缆巡检用水下机器人的履带运转，最终实现履带底盘的水下运动。穿装孔13的内径要大于驱动轴40的外径，以避免驱动轴40与穿装孔13的孔壁发生摩擦。

Claims (5)

1.一种海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的传动装置，其特征在于：包括密封壳、主动轮和从动轮，所述密封壳包括呈圆柱状的壳体（10），壳体（10）的左端面上设有左支撑轴（11）、右端面上设有右支撑轴（12）；所述从动轮包括中空的从动轮体（20），从动轮体（20）的外周面上设有轮齿（21），从动轮体（20）的左端壁上设有左连接孔、右端壁上设有右连接孔；所述壳体（10）位于从动轮体（20）内，从动轮体（20）通过左连接孔与左支撑轴（11）的配合以及右连接孔与右支撑轴（12）的配合转动连接在密封壳上，右支撑轴（12）穿出右连接孔，右支撑轴（12）内设有与壳体（10）内腔连通的穿装孔（13）；所述主动轮位于壳体（10）内且主动轮的外表面与壳体（10）之间均设有间隙，主动轮包括主动轮体（30），主动轮体（30）上设有轴向设置的装配孔（31）；主动轮体（30）的外周面上连接有间隔环布的多块主动轮周面磁体（34），主动轮体（30）的左端面上连接有间隔环布的多块主动轮左端磁体（32），主动轮体（30）的右端面上连接有间隔环布的多块主动轮右端磁体（33）；所述从动轮体（20）内腔壁左端面和右端面上分别连接有从动轮左端磁体（22）和从动轮右端磁体（23），从动轮体（20）内腔壁的环面上连接有从动轮环面磁体（24）；所述从动轮环面磁体（24）与所述主动轮周面磁体（34）极性相反的一一相对设置，所述从动轮左端磁体（22）与所述主动轮左端磁体（32）极性相反的一一相对设置，所述从动轮右端磁体（23）与所述主动轮右端磁体（33）极性相反的一一相对设置；所述从动轮体（20）的内壁面上以及左连接孔和右连接孔的孔壁上均设有耐磨材料层（25），耐磨材料层（25）的内表面上设有始端始于左连接孔的外端面、止端止于右连接孔外端面的水道（26）；所述主动轮周面磁体（34）的磁场轴线沿主动轮径向设置，所述主动轮左端磁体（32）和主动轮右端磁体（33）的磁场轴线沿主动轮轴向设置；所述主动轮左端磁体（32）、主动轮右端磁体（33）和主动轮周面磁体（34）的数量相同且均为偶数；所述主动轮周面磁体（34）按一块主动轮周面磁体（34）的N极径向朝内、相邻的另一块主动轮周面磁体（34）的S极径向朝外的方式交替设置；所述主动轮左端磁体（32）按一块主动轮左端磁体（32）的N极轴向朝内、相邻的另一块主动轮左端磁体（32）的S极轴向朝外的方式交替设置；所述主动轮右端磁体（33）按一块主动轮右端磁体（33）的N极轴向朝内、相邻的另一块主动轮右端磁体（33）的S极轴向朝外的方式交替设置。

2.如权利要求1所述的海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的传动装置，其特征在于所述主动轮左端磁体（32）和主动轮右端磁体（33）位置一一对应的相对设置，相对设置的一块主动轮左端磁体（32）和一块主动轮右端磁体（33）构成磁体对，构成磁体对的主动轮左端磁体（32）和主动轮右端磁体（33）之间设有一块主动轮周面磁体（34），构成磁体对的主动轮左端磁体（32）和主动轮右端磁体（33）以及位于二者之间的一块主动轮周面磁体（34）构成一磁体组，从而可使主动轮体（30）上环布有多组磁体组。

3.如权利要求2所述的海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的传动装置，其特征在于所述磁体组中，主动轮左端磁体（32）和主动轮右端磁体（33）的磁场轴线和主动轮周面磁体（34）的磁场轴线位于同一平面内。

4.如权利要求2所述的海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的传动装置，其特征在于所述磁体组中，主动轮左端磁体（32）和主动轮右端磁体（33）的磁场轴线和主动轮周面磁体（34）的磁场轴线不位于同一平面内。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的海底电缆巡检用水下机器人履带底盘的传动装置，其特征在于所述从动轮体（20）为能固连为一体的两体结构，包括从动轮体主体（201）和端盖（202），所述左连接孔设在从动轮体主体（201）上，所述右连接孔设在端盖（202）上。

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